我國(guó)具有龐大的人口基數(shù)和糧食產(chǎn)量,并且每年都在穩(wěn)步提升。但是根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,收獲后的糧食在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和加工生產(chǎn)中因沒(méi)有得到適時(shí)的干燥處理而產(chǎn)生霉變腐爛高達(dá)700億斤,幾乎占到了我國(guó)糧食總產(chǎn)量的5%,給我國(guó)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失不容小覷。糧食干燥作為糧食儲(chǔ)藏管理前的重要環(huán)節(jié),其技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系到糧食安全,具有重要的戰(zhàn)略意義。采用糧食干燥機(jī)對(duì)糧食進(jìn)行機(jī)械化產(chǎn)后處理可以有效的減少干燥時(shí)間,大幅度的提升工作效率,具有減少人力投入和增加經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收等重要意義。干燥機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)械化生產(chǎn)中的核心技術(shù),也是保證糧食完全干燥的前提。本文在充分考慮玉米干燥過(guò)程特性的基礎(chǔ)上提出了干燥積溫的概念,并結(jié)合過(guò)程控制技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)和模糊PID控制技術(shù),設(shè)計(jì)出一種基于積溫理論控制的干燥機(jī)智能測(cè)控系統(tǒng),并在連續(xù)式玉米干燥機(jī)上得到了試驗(yàn)驗(yàn)證。本文主要內(nèi)容如下:(1)介紹了國(guó)內(nèi)外糧食干燥機(jī)的發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀以及目前主流干燥機(jī)的測(cè)控系統(tǒng),講述了模糊控制和模糊PID控制在糧食干燥機(jī)中的應(yīng)用,并結(jié)合當(dāng)前存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案,其中闡述了玉米積溫控制的基本思想,并將積溫理論作為本測(cè)控系統(tǒng)控制的核心。在分析了玉米深床干燥和薄層干燥區(qū)別的前提下,探索了積溫與出機(jī)水分之間的關(guān)系,由此建立了玉米深床干燥過(guò)程控制中的積溫預(yù)測(cè)模型。同時(shí)通過(guò)薄層干燥模型可推導(dǎo)出相應(yīng)的深床水分預(yù)測(cè)模型,進(jìn)而預(yù)測(cè)干燥機(jī)中每段糧食的實(shí)時(shí)水分。(2)在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中,將積溫值作為長(zhǎng)期控制的變量,預(yù)測(cè)出機(jī)水分作為短期控制的變量。通過(guò)判斷等效積溫值與理論積溫值的差值,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期調(diào)整和短期調(diào)整的切換,若等效積溫值與理論積溫值的差值超出標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí),則利用模糊控制進(jìn)行調(diào)節(jié),直至積溫值符合要求進(jìn)而進(jìn)入短期調(diào)整階段;短期調(diào)整中則利用模糊PID控制進(jìn)行調(diào)節(jié),直至預(yù)測(cè)出機(jī)水分符合標(biāo)準(zhǔn)要求,則計(jì)算空閑時(shí)間輸出給變頻器控制排糧電機(jī)工作。并在控制系統(tǒng)中引入加權(quán)溫度和的概念,用來(lái)判斷干燥過(guò)程是否進(jìn)入平穩(wěn)狀態(tài),若干燥過(guò)程中因外界環(huán)境發(fā)生驟變,則通過(guò)判斷出機(jī)水分進(jìn)而改變理論積溫,使系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)整再次達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。(3)根據(jù)理論計(jì)算和人工經(jīng)驗(yàn)對(duì)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行分析,將玉米出機(jī)水分在不同工況下的變化分為若干個(gè)狀態(tài),依據(jù)工作狀態(tài)的不同分別建立模糊控制器和模糊PID控制器中各個(gè)控制決策。結(jié)合LabVIEW軟件,編寫(xiě)測(cè)控系統(tǒng)的控制程序,并在小型玉米干燥機(jī)上進(jìn)行玉米干燥試驗(yàn),利用上位機(jī)與PLC、溫控表、溫濕度傳感器和變頻器等部件進(jìn)行通訊,實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制。對(duì)玉米出機(jī)水分進(jìn)行了跟蹤測(cè)量,試驗(yàn)結(jié)果表明此系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定性和可靠性都能夠較好的滿(mǎn)足玉米干燥的控制要求。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：S226.6
【部分圖文】：

W——糧食濕基含水率，%；ERH——空氣相對(duì)濕度，%；1C 、2C 、3C ——MCPE 方程中的常數(shù)值，其值與作物品種有關(guān)。（注：玉米解吸過(guò)程對(duì)應(yīng)的 =581.393， =35.840， =0.235）利用公式 2.2 可以繪制下圖 2.2，由圖可以看出當(dāng)玉米含水率（濕基）一定的前提下，平衡溫度會(huì)隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加而出現(xiàn)大幅度的增長(zhǎng)；當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度一定的前提下，平衡溫度會(huì)隨著玉米含水率（濕基）的增加不斷減小。整體看來(lái)在相對(duì)濕度低于 50%、玉米含水率（濕基）高于 14%（玉米安全水分）的情況下，平衡溫度均在 0℃以下，并且玉米含水率（濕基）越高，平衡溫度將遠(yuǎn)低于 0℃。因?yàn)槠胶鉁囟仁歉稍镩_(kāi)始的起點(diǎn)，我們認(rèn)為糧食溫度只要高于平衡溫度則即有干燥作用，但是當(dāng)糧食溫度略高于平衡溫度時(shí)其降水過(guò)程非常緩慢。因此，在實(shí)際的干燥作業(yè)過(guò)程中，我們可以根據(jù)環(huán)境狀態(tài)（干燥機(jī)中最后一個(gè)排潮口的相對(duì)濕度值）將干燥目標(biāo)水分對(duì)應(yīng)的平衡溫度作為整個(gè)干燥過(guò)程的起始點(diǎn)，再通過(guò)積溫公式進(jìn)行計(jì)算當(dāng)前的等效積溫值并應(yīng)用到干燥機(jī)的過(guò)程中[30]。例如：當(dāng)玉米干燥的目標(biāo)水分為 14%、排潮口濕度為 60%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的 Te=5℃。

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文代表經(jīng)過(guò) j 個(gè)干燥時(shí)間步長(zhǎng)后，第 i 層玉米薄層的溫度； H步長(zhǎng)后，穿過(guò)第 i 層玉米薄層后空氣的含濕量；代表經(jīng)過(guò) j 個(gè)干燥時(shí)間步長(zhǎng)后，穿過(guò)第 i 層玉米薄層后空氣的層的初始含水率（干基）；代表各玉米薄層的初始溫度； H j，0 代表空氣的初始含濕量度；

圖 3.4 溫度和變化率散點(diǎn)圖隨著自然論域范圍的增加，模糊論域的單位等級(jí)寬度將會(huì)增大，那么會(huì)降低系統(tǒng)靈敏性[57]。為了控制調(diào)節(jié)精度將理論積溫上限值的 7%左右定義為積溫偏差值。本驗(yàn)的積溫值在 24000℃ min 附近，因此將積溫偏差變化值定義在 1600 附近，即值的偏差基本論域一般在[-1600,1600]，偏差變化率的基本論域一般在[-196,196],空時(shí)間調(diào)整量的基本論域一般在[-1.5,1.5]，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表 3.2：表 3.2 不同工況下各參數(shù)變化范圍參數(shù)值 工況 1 工況 2 工況 3 工況 4 單位溫度和 120 140 160 180 ℃等效積溫變化率 1104 1288 1472 1656 ℃·min/min等效積溫調(diào)整范圍 ±1600 ±1600 ±1600 ±1600 ℃·min空閑時(shí)間調(diào)整范圍 ±1.45 ±1.24 ±1.09 ±0.97 min總干燥時(shí)間變化范圍 ±52.2 ±44.7 ±39.24 ±34.78 min因此可以計(jì)算量化因子 Ke，Kec和比例因子 Ku分別為：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2823278